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重金属抗性放线菌的筛选鉴定及其锌离子吸附研究

李慧芬  
【摘要】: 采用滤纸片抑制预示、固体平板初筛和液体培养液复筛三种方法,从分离自甘肃陇南铅锌尾矿区与西安市北郊污水灌溉区的55株供试菌中,筛选到13株较强重金属抗性的放线菌。三种方法在确定具有重金属抗性的菌株方面是一致的,但各自所确定的抗性水平有很大不同。采用更加具体的离子浓度梯度,确定了这13株优良抗性菌对7种重金属:Cu~(2+)、Hg~(2+)、Pb~(2+)、Ni~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)、Cr~(6+)的最大抗性水平(MRL)。菌株CCNWHX 72-14对以下离子的MRL (mmol/L)分别为:Zn~(2+):13,Cu~(2+):0.8,Ni~+:0.6,Pb~(2+):2,Hg~(2+):0.07,Cd~(2+):0.6,Cr6+:0.3。 菌株CCNWHX 72-14对锌离子表现出比其他菌株高的抗性,经前人鉴定属于高加索链霉菌(Streptomyces ciscaucasicu)。采用包括形态与培养特征、生理与生化特性及16 rRNA基因序列分析在内的多相分类方法,对其他12株重金属抗性菌进行分类鉴定。将基于生理生化特性的数值分类树状图与基于16 rRNA基因相似序列的系统进化树进行比较,发现二者菌群划分存在一定程度的一致性。 菌株CCNWHX 72-14在2 mmol/L Zn~(2+)胁迫下生长良好,且最适培养时间确定为7天。研究了影响该菌株延滞指数期内的锌离子生物吸附能力的单因素条件,如初始Zn~(2+)浓度,初始pH,接种量,转速和发酵温度。结果表明温度的影响非常小,以后的试验都在28℃下进行。根据单因素试验结果设计L9(34)正交试验并确定锌离子吸附的最佳条件为:初始Zn~(2+)浓度:150 mg/L,初始pH:5,接种量:1 %,转速:60 rpm/min。验证试验表明该菌株在正交优化条件对锌离子的吸附具有较好的稳定性,且在试验条件下生物吸附量最高可达51.05 mg/g (0.781 mmol/g)。 应用菌株CCNWHX 72-14活死状态的菌体细胞作为生物吸附剂,对其生物吸附特征进行了研究。生物吸附的最适条件确定为pH:5,生物吸附剂剂量:2 g/L,转速:90 rpm/min。当初始锌离子浓度为1-150 mg/L时,活菌的吸附倾向于用Freundlich模型拟合而死菌的吸附过程更适合于Langmuir模型。试验条件下活菌与死菌吸附剂的最大生物吸附量分别为42.75 mg/g (0.654 mmol/g)和54 mg/g (0.826 mmol/g)。我们选择准二级动力学模型来描述动态吸附过程。当pH为1时,死菌吸附剂有更高的解析效率。竞争吸附试验显示竞争离子的顺序为:Cu~(2+) Cd~(2+) Ni~+. FT-IR表明与活菌吸附剂相比,在死菌吸附过程中,有更多的功能基团参与。综合分析可知,该菌株死菌状态吸附剂比活菌吸附剂效果要好。 该研究筛选并鉴定了13株较强重金属抗性的放线菌菌株,这将为生物修复研究提供更多的新的资源。关于菌株CCNWHX 72-14增值细胞对锌离子的生物吸附条件优化及其活死菌体吸附剂吸附平衡与动力学的研究,将为离子生物吸附的深入研究及其生物修复应用奠定基础。


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